고려대학교 기계공학부 연구진 논문 일부 / 사진. 고려대학교

고려대학교 기계공학부 연구진이 압력, 인장, 전단 등 다양한 자극을 각각 측정할 수 있는 촉각 센서를 개발했다고 2월 7일(금) 밝혔다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 Advanced Functional Materials에 2024년 12월 9일(월) 온라인 게재됐다.

사람의 손에는 다양한 종류의 촉각 센서가 분포해 있으며, 이를 통해 점자를 읽거나 열쇠를 사용하는 정교한 작업이 가능하다. 그러나 기존 휴머노이드는 행동 면에서 인간과 유사하지만, 촉각 센서 기술은 아직 미흡한 상태다. 현재 휴머노이드에는 1~2종류의 센서만 탑재 가능하며, 감지 성능 또한 제한적이다.

인체의 촉각은 표피와 진피 사이에 압력, 전단, 인장의 세 가지 센서가 분포하여 외부 자극에 적응형으로 반응하는 특성을 가진다. 예를 들어 물체를 잡고 이동할 때 압력 센서가 작동하며, 미끄러짐을 감지하는 것은 전단 센서가, 피부가 당겨지는 것은 인장 센서가 담당한다. 기존 촉각 센서 연구는 50년 넘게 진행되었으나, 이러한 생체 특성을 완벽히 모방한 센서는 존재하지 않았다.

고려대학교 기계공학부 연구진은 인체 촉각 수용체의 작동 원리, 구조, 기능 및 배치를 모사한 차세대 다중 모드 통합 촉각 센서를 개발했다. 소프트 소재를 활용해 촉각 수용체의 기능을 최대한 유사하게 구현했으며, 각각의 수용체 응답 특성에 따라 측정 방식을 달리 설계했다.

연구진이 개발한 센서는 다음과 같다.
▲ 인공 머켈 센서(압력) - 피에조 소자와 이온겔 소자를 결합해 정적인 반응 구현
▲ 인공 마이스너 센서(전단) - 유연한 피에조 물질을 활용해 높은 민감도 실현
▲ 인공 루피니 센서(인장) - 탄소나노튜브 복합 소재를 적용해 안정적 감지 기능 확보

이 다중 모드 통합 촉각 센서를 통해 생리의학자들이 동물 촉각 수용체에서 발생하는 신호를 그대로 재현했으며, 인체의 촉각 시스템이 물체 조작과 인지에 중요한 이유를 과학적으로 증명했다.

고려대학교 한창수 교수는 “이번 연구는 휴머노이드의 한계를 뛰어넘는 계기가 될 것이며, 의수, 수술 로봇, 햅틱 장치, 입는 로봇 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다”라고 밝혔다.